Bài 12. Giao thoa sóng trang 23, 24, 25 SBT Vật lí 11 Kết nối tri thức với cuộc sống

12.1

Hiện tượng giao thoa sóng là hiện tượng

A. giao nhau của hai sóng tại một điểm trong môi trường.

B. tổng hợp của hai dao động.

C. tạo thành các gợn lồi lõm.

D. hai sóng khi gặp nhau có những điểm cường độ sóng luôn tăng cường hoặc triệt tiêu nhau.

Phương pháp giải:

Khái niệm hiện tượng giao thoa

Lời giải chi tiết:

Hiện tượng giao thoa là hiện tượng khi hai sóng kết hợp gặp nhau thì có những điểm ở đó hai sóng luôn đồng pha thì dao động mạnh; có những điểm ở đó hai sóng luôn ngược pha thì đứng yên

Đáp án : D

12.2

Hai nguồn kết hợp là hai nguồn có

A. cùng biên độ.

B. cùng tần số.

C. cùng pha ban đầu.

D. cùng tần số và hiệu số pha không đổi theo thời gian.

Phương pháp giải:

Khái niệm hai nguồn sóng kết hợp

Lời giải chi tiết:

Hai nguồn sóng kết hợp là hai nguồn có cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian.

Đáp án : B

12.3

Hai sóng phát ra từ hai nguồn kết hợp. Cực đại giao thoa nằm tại các điểm có hiệu khoảng cách tới hai nguồn sóng bằng

A. một ước số của bước sóng.

B. một bội số nguyên của bước sóng.

C. một bội số lẻ của nửa bước sóng.

D. một ước số của nửa bước sóng.

Phương pháp giải:

Những điểm cách nguồn một khoảng bằng \(k\lambda \)thì dao động đồng pha với nguồn .

Lời giải chi tiết:

Ta có cực đại giao thoa sóng hai nguồn cùng pha: \({d_2} - {d_1} = k\lambda \)

=> cực đại giao thoa nằm tại các điểm có hiệu khoảng cách tới hai nguồn bằng một bội số của bước sóng.

12.4

Trong thí nghiệm về giao thoa sóng nướcHình 12.1, tốc độ truyền sóng là 1,5 m/s, cần rung có tần số 40 Hz. Khoảng cách giữa hai điểm cực đại giao thoa cạnh nhau trên đoạn thẳng \({S_1}{S_2}\)là

A. 1,875 cm.

B. 3,75 cm.

C. 60 m.

D. 30 m.

Phương pháp giải:

Khoảng cách giữa hai điểm cực đại giao thoa cạnh nhau có độ dài \(d = \frac{\lambda }{2}\)

Lời giải chi tiết:

Khoảng cách giữa hai điểm cực đại giao thoa cạnh nhau có độ dài bằng nửa bước sóng nên có giá trị bằng \(\frac{\lambda }{2} = \frac{v}{{2f}} = \frac{{1,5}}{{2.40}} = 0,01875m = 1,875cm\) 

Đáp án : A

12.5

Trong thí nghiệm ở Hình 12.1 SGK, khoảng cách giữa hai điểm \({S_1},{S_2}\) là d = 11 cm, cho cần rung, ta thầy hai điểm \({S_1},{S_2}\) gần như đứng yên và giữa chúng còn 10 điểm đứng yên không dao động. Biết tần số rung là 26 Hz, tốc độ truyền sóng là

A. 0,52 m/s.

B. 0,26 cm/s.

C. 0,13 cm/s.

D. 2,6 cm/s.

Phương pháp giải:

Khoảng cách giữa hai điểm cực đại giao thoa cạnh nhau có độ dài \(d = \frac{\lambda }{2}\)

Lời giải chi tiết:

Khoảng cách giữa hai điểm cực đại giao thoa cạnh nhau có độ dài bằng nửa bước sóng và 2 điểm S₁, S₂ được coi là đứng yên và giữa chúng có 10 điểm đứng yên. Trên đoạn  có 12 điểm đứng yên ( tính cả hai điểm S₁ và S₂).

=> \({S_1}{S_2} = d = \frac{{11\lambda }}{2} = 11(cm) =  > \lambda  = 22cm\)

=> Tốc độ truyền của sóng: \(v = \lambda f = 2.26 = 52cm/s = 0,52m/s\)

Đáp án : A

12.6

Một trong hai khe của thí nghiệm Young được làm mờ sao cho nó chỉ truyền ánh sáng được bằng \(\frac{1}{2}\) cường độ sáng của khe còn lại. Kết quả là

A. vân giao thoa biến mắt.

B. vân giao thoa tái đi.

C. vạch sáng trở nên sáng hơn và vạch tối thì tối hơn.

D. vạch tối sáng hơn và vạch sáng tối hơn.

Phương pháp giải:

Hiện tượng giao thoa là hiện tượng khi hai sóng kết hợp gặp nhau thì có những điểm ở đó hai sóng luôn đồng pha thì dao động mạnh; có những điểm ở đó hai sóng luôn ngược pha thì đứng yên

Lời giải chi tiết:

Khi ta làm mờ 1 khe thì tại nơi giao thoa cực đại ánh sáng là giao thoa bởi 2 ánh sáng khác cường độ nên tối hơn , còn ở nơi giao thoa cực tiểu ánh sáng không bị triệt tiêu bởi ánh sáng có cùng cường độ nên yếu hơn

Đáp án : D

12.7

Trong thí nghiệm Young về giao thoa với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách giữa hai khe là 0,15 mm, khoảng cách giữa mặt phẳng chứa hai khe và màn quan sát là 2 m. Ánh sáng sử dụng trong thí nghiệm là ánh sáng đơn sắc màu vàng có bước sóng 0,58 \(\mu m\). Vị trí vân sáng bậc 3 trên màn quan sát cách vân trung tâm một khoảng là

A. 0,232.\({10^{ - 3}}\)m.

B. 0,812. \({10^{ - 3}}\)m.

C. 2,23. \({10^{ - 3}}\)m.

D. 8,12. \({10^{ - 3}}\)m.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tính khoảng vân: \(i = \frac{{\lambda D}}{a}\)

Sử dụng lí thuyết khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp bằng khoảng vân i

Lời giải chi tiết:

Vị trí vân sáng bậc 3 trên màn quan sát cách vân trung tâm một khoảng là

\(3i = 3.\frac{{\lambda D}}{a} = 3.\frac{{0,{{58.10}^{ - 6}}.2}}{{0,{{15.10}^{ - 3}}}} = 0,0232m\)

Đáp án : C

12.8

Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, giữa hai điểm P và O trên màn cách nhau 9 mm chỉ có 5 vân sáng mà tại P là một trong 5 vân sáng đó, còn tại Q là vị trí của vân tối. Vị trí vân tối thứ 2 cách vân trung tâm một khoảng là

A. 0,5. \({10^{ - 3}}\)m.

B. 5. \({10^{ - 3}}\)m.

C. 3. \({10^{ - 3}}\)m.

D. 0,3. \({10^{ - 3}}\)m.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tính khoảng vân: \(i = \frac{{\lambda D}}{a}\)

Sử dụng lí thuyết khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp bằng khoảng vân i

Sử dụng lí thuyết khoảng cách giữa 1 vân sáng và 1 vân tối liên tiếp bằng khoảng vân i

Lời giải chi tiết:

Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, giữa hai điểm P và O trên màn cách nhau 9 mm chỉ có 5 vân sáng mà tại P là một trong 5 vân sáng đó, còn tại Q là vị trí của vân tối => \(4i + \frac{i}{2} = \frac{{9i}}{2} = 9mm =  > i = 2mm\).

Vị trí vân tối thứ 2 cách vân trung tâm một khoảng \(i + \frac{i}{2} = \frac{{3i}}{2} = 3mm = {3.10^{ - 3}}m\)

Đáp án : C

12.9

Trong thí nghiệm Young về giao thoa với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách giữa hai khe là 0,15 mm, khoảng cách giữa mặt phẳng chứa hai khe và màn quan sát là 1,5 m. Khoảng cách giữa 5 vân sáng liên tiếp là 36 mm. Bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm này là

A. 0,60 \(\mu m\).

B. 0,40 \(\mu m\).

C. 0,48 \(\mu m\).

D. 0,76 \(\mu m\).

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tính khoảng vân: \(i = \frac{{\lambda D}}{a}\)

Sử dụng lí thuyết khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp bằng khoảng vân i

Lời giải chi tiết:

Khoảng cách giữa 5 vân sáng liên tiếp là 36 mm => \(4i = 36mm =  > i = 9mm\)

Bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm này là \(\lambda  = \frac{{ia}}{D} = \frac{{{{9.10}^{ - 3}}.0,{{10}^{ - 4}}}}{{1,5}} = 0,6\mu m\)

Đáp án : A

12.10

Trong thí nghiệm Young về giao thoa với ánh sáng đơn sắc có bước sóng \(\lambda \) , khoảng cách giữa hai khe là 0,15 mm, khoảng cách giữa mặt phẳng chứa hai khe và màn quan sát là 1 m. Hai điểm M và N trên màn quan sát đối xứng nhau qua vân sáng trung tâm. Trên đoạn MN có 11 vân sáng, tại M và N là hai vân sáng. Biết khoảng cách MN là 30 mm. Tính bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm này.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tính khoảng vân: \(i = \frac{{\lambda D}}{a}\)

Sử dụng lí thuyết khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp bằng khoảng vân i

Lời giải chi tiết:

Hai điểm M và N trên màn quan sát đối xứng nhau qua vân sáng trung tâm. Trên đoạn MN có 11 vân sáng, tại M và N là hai vân sáng. Biết khoảng cách MN là 30 mm => \(10i = 30mm =  > i = 3mm\)

=> bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm này \(\lambda  = \frac{{ia}}{D} = \frac{{{{3.10}^{ - 3}}.0,{{15.10}^{ - 3}}}}{1} = 0,45\mu m\)

12.11

Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, nguồn S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng \(\lambda \). Màn quan sát cách hai khe một khoảng không đổi D , khoảng cách giữa hai khe \({S_1}{S_2} = a\) có thể thay đổi (nhưng \({S_1},{S_2}\)luôn cách đều S ). Xét điểm P trên màn quan sát, lúc đầu là vân sáng bậc 4, nếu lần lượt giảm hoặc tăng khoảng cách \({S_1}{S_2}\) một lượng \(\Delta a\) thì tại đó là vân sáng bậc k và 3k. Nếu tăng khoảng cách \({S_1}{S_2}\) một lượng \(2\Delta a\) thì tại đó là vân sáng hay vân tối, bậc hoặc thứ bao nhiêu?

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tính khoảng vân: \(i = \frac{{\lambda D}}{a}\)

Sử dụng lí thuyết khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp bằng khoảng vân i

Lời giải chi tiết:

Ta có \({x_M} = 4i = \frac{{4\lambda D}}{a}\) nếu giảm khoảng cách \({S_1}{S_2}\) một lượng \(\Delta a\) thì tại đó là vân sáng bậc k => \({x_M} = ki = \frac{{k\lambda D}}{{a - \Delta a}}\)

nếu tăng  khoảng cách \({S_1}{S_2}\) một lượng \(\Delta a\) thì tại đó là vân sáng bậc 3k => \({x_M} = 3ki = \frac{{3k\lambda D}}{{a + \Delta a}}\)

Ta có : \(k\frac{{\lambda D}}{{a - \Delta a}} = 3k\frac{{\lambda D}}{{a + \Delta a}} =  > \Delta a = 0,5a\)

Nếu tăng khoảng cách \({S_1}{S_2}\) một lượng \(2\Delta a\) thì tại đó ta có \({x_M} = {k'}.\frac{{\lambda D}}{{a + 2\Delta a}} = {k'}\frac{{\lambda D}}{{2a}} = 4\frac{{\lambda D}}{a} =  > {k'} = 8\)

=> Nếu tăng khoảng cách \({S_1}{S_2}\) một lượng \(2\Delta a\) thì tại đó là vân sáng bậc 8

12.12

Thực hiện thí nghiệm Young về giao thoa với ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 2 mm, khoảng cách giữa mặt phẳng chứa hai khe và màn quan sát là 2 m. Người ta chiều sáng hai khe bằng ánh sáng trắng có bước sóng nằm trong khoảng từ 0,40 \(\mu m\) đến 0,76 \(\mu m\). Hỏi tại điểm M trên màn ảnh cách vân sáng trung tâm 3,3 mm sẽ cho vân tối có bước sóng ngắn nhất bằng bao nhiêu?

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tính khoảng vân: \(i = \frac{{\lambda D}}{a}\)

Sử dụng lí thuyết khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp bằng khoảng vân i

Lời giải chi tiết:

Ta có vị trí vân tối thỏa mãn \({x_t} = \left( {k + \frac{1}{2}} \right)\frac{{\lambda D}}{a}\) với k thuộc Z

\( =  > k + 0,5 = \frac{{{x_t}.a}}{{D\lambda }}\) theo bài ra ta có \(\left( {0,4\mu m \le \lambda  \le 0,75\mu m} \right)\)

\( =  > 3,9 \le k \le 7,75 =  > \lambda  = \frac{{{x_t}.a}}{{D(k + 0,5)}}\) để có bước sóng ngắn nhất thì k lớn nhất k=7

\( =  > {\lambda _{\min }} = 0,440\mu m\)